CN114658516A - 一种降低氮氧化物排放的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种降低氮氧化物排放的系统及方法。该系统包括氮氧化物处理单元；所述氮氧化物处理单元包括待处理气体入口、第一氨气发生器、SCR、第二氨气发生器和SDPF；沿待处理气体的流动方向，所述待处理气体入口、所述SCR和所述SDPF依次连通布置，所述第一氨气发生器设于所述SCR的入口的上游，所述第二氨气发生器设于所述SCR的出口和所述SDPF的入口之间。在该系统中将SCR设置在SDPF上游，使待处理气体与氨气先进入SCR中进行处理后，在进入SDPF中进行处理，可以有效提高氮氧化物的转化率，降低氮氧化物排放量。
Description
技术领域
本公开涉及氮氧化物处理领域，具体地，涉及一种降低氮氧化物排放的系统及方法。
背景技术
根据轻型柴油车(LDD)排放法规，从国5(CNⅤ)升级到国6b(CNⅥb)NOX排放限值下降了82.1％，NOX排放标准呈现更严格趋势。
现在行业内针对轻型柴油车对国Ⅵ排放法规的排放路线主要后处理布置处理方式中广泛应用了DPF(柴油颗粒捕集器，Diesel Particulate Filter，)、SDPF(带有SCR功能的DPF，Diesel Particle Filter with SCR Function)以及SCR(选择性催化还原装置，Selective Catalytic Reduction)。其中，SDPF或者SCR是净化氮氧化物(NOX)的装置，在这两种净化装置中采用氨气(NH3)作为反应剂，氨气(NH3)在SCR或者SDPF中与氮氧化物(NOX)反应如以下公式(1)-(3)所示：
2NH3+NO+NO2→2N2+3H2O (1)；
8NH3+6NO2→7N2+12H2O (2)；
4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O (3)。
针对轻型柴油车应对比国Ⅵ更严格的排放法规，目前可以采用“尿素双喷”(表示两路喷射尿素)布置的氮氧化物排放处理系统，但是该双喷布置技术路线，还有待应用性提升。在发动机启动阶段或者其他温度较低的情况下，氮氧化物处理系统中氮氧化物的反应转化率较低。
发明内容
本公开的目的是提供一种降低氮氧化物排放的系统及方法。该系统具有更优异的氮氧化物处理能力，可以有效地降低氮氧化物的排放量；该系统在低温工作环境中仍具有较高的氮氧化物处理效率。
为了实现上述目的，本公开第一方面提供一种降低氮氧化物排放的系统，该系统包括氮氧化物处理单元；所述氮氧化物处理单元包括待处理气体入口、第一氨气发生器、SCR、第二氨气发生器和SDPF；所述待处理气体入口与所述发动机单元的排气门连通；且沿待处理气体的流动方向，所述待处理气体入口、所述SCR和所述SDPF依次连通布置，所述第一氨气发生器设于所述SCR入口的上游，所述第二氨气发生器设于所述SCR的出口和所述SDPF的入口之间。
可选地，该系统还包括发动机单元和可变气门升程单元；
所述发动机单元包括发动机、进气门、排气门和排气凸轮轴，所述进气门和所述排气门设于所述发动机上，所述排气凸轮轴与所述发动机的排气门连接；所述可变气门升程单元设置于所述排气凸轮轴上，用于控制所述发动机的排气门的开启和闭合；所述待处理气体入口与所述发动机单元的排气门连通。
可选地，所述系统具有排气回收工作状态；在所述排气回收工作状态，所述可变气门升程单元在所述发动机的进气进程中，控制所述发动机的排气门持续开启，使经由所述发动机的排气门排出的待处理气体至少部分地被回抽至发动机的腔室内，并与经由所述进气门吸入的空气混合。
可选地，该系统还包括：
温度传感器，用于检测所述发动机内水温和环境温度并产生温度信号；以及
控制器，分别与所述可变气门升程单元和所述温度传感器信号连接，用接收所述温度信号并判断所述系统是否达到切换条件，并且当达到所述切换条件时，使所述系统处于所述排气回收工作状态。
可选地，所述切换条件为所述发动机内水温在第一温度阈值以下和/或环境温度在第二温度阈值以下，所述第一温度阈值大于所述第二温度阈值。
本公开第二方面提供一种降低氮氧化物排放的方法，采用本公开第一方面所述的系统，包括以下步骤：
使来自发动机的待处理气体经由待处理气体入口进入氮氧化物处理单元，并使第一氨气发生器向所述氮氧化物处理单元内提供氨气，并与所述待处理气体形成第一混合气流后进入SCR，进行第一氮氧化物催化反应；
使第二氨气发生器向所述氮氧化物处理单元内提供氨气，并与来自所述SCR的反应后的待处理气体形成第二混合气流后进入SDPF，进行第二氮氧化物催化反应。
可选地，该方法还包括：检测所述发动机内水温以及环境温度，并产生温度信号；
接收所述温度信号并判断所述系统是否达到切换条件，并且当达到所述切换条件时，使所述系统处于排气回收工作状态；所述温度信号包括发动机内的水温信号和/或环境温度信号。
可选地，所述切换条件为所述发动机内水温在第一温度阈值以下和/或环境温度在第二温度阈值以下，所述第一温度阈值大于所述第二温度阈值。
可选地，所述的当达到所述切换条件时，使所述系统处于排气回收工作状态，包括：
在所述发动机内的水温在第一温度阈值以下和/或环境温度在第二温度阈值以下时，使可变气门升程单元在所述发动机的进气进程中控制所述发动机的排气门持续开启，使所述发动机排出的待处理气体至少部分地被回抽至发动机内并与经由进气门吸入的空气混合。
可选地，该方法还包括：
使所述第一混合气流进入所述SCR内与第一催化剂的第一载体接触，进行所述第一氮氧化物催化反应；
使所述第二混合气流进入所述SDPF内与第二催化剂的第二载体接触，进行所述第二氮氧化物催化反应；
其中，所述第一载体和所述第二载体各自独立地包括V2O5。
通过上述技术方案，本公开提供了一种降低氮氧化物排放的系统及方法，在该系统中将SCR设置在SDPF上游，使待处理气体与氨气先进入SCR中进行处理后，然后再进入SDPF中进行处理，可以有效提高氮氧化物的转化率，降低氮氧化物排放量。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1是本公开一种实施方式提供的氮氧化物处理单元的结构示意图；
图2是本公开一种实施方式提供的降低氮氧化物排放的系统的结构示意图；
图3是本公开一种实施方式提供的SCR的结构示意图；
图4是本公开一种实施方式提供的反应元件的结构示意图；
图5是实施例1、对比例1和对比例2中氮氧化物排放量与时间关系的曲线图；
图6是氮氧化物处理单元中SCR和SDPF中载体温度与车辆启动时间的关系曲线图。
附图标记说明
1-SCR，2-SDPF，3-第一氨气发生器，4-第二氨气发生器，5-前处理装置，6-第一氮氧化物传感器，7-第二氮氧化物传感器，8-第三氮氧化物传感器，9-压差传感器，10-第一高温传感器，11-第二高温传感器，12-第三高温传感器，13-第一氧传感器，14-第二氧传感器，15-第一壳体，16-反应元件，17-第二壳体，18-反应通道，19-氮氧化物处理单元，20-可变气门升程单元，21-排气凸轮轴，22-排气门，23-发动机，24-进气门
具体实施方式
以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的“第一”、“第二”、“第三”等词仅用于区分不同部件而不含有前后连接顺序等实际含义。在本公开中，使用的方位词如“上”“下”是装置正常使用状态下的上和下，“内”“外”是针对装置轮廓而言的。
本公开发明人在试验中发现，无论是SDPF或者SCR，若要实现氨气(NH3)与氮氧化物反应转化为无害气体，则首先需要SDPF或者SCR内的载体组分吸附NH3，然后被吸附的NH3在SDPF或者SCR与氮氧化物发生反应的条件是载体温度达到150℃以上，并且随着温度的升高，NH3与氮氧化物的反应效率也会随之增长；并且当载体温度达到200℃以上时，NH3与氮氧化物的反应率可接近100％。此外，发明人还发现，相比于将SDPF设置于SCR上游，将SCR设置于SDPF的上游的氮氧化物处理单元可以使待处理气进入氮氧化物处理单元后更早地被净化，有效降低了氮氧化物的排放量。
具体地，本公开中，在评价SCR或者SDPF处理氮氧化物的效率时，以SCR或SDPF中载体温度先达到150℃的装置作为氮氧化物与氨气反应效率更好的装置(载体温度先达到150℃表示氮氧化物处理单元更早地介入氮氧化物与氨气的转化反应)。进一步地，在SCR或者SDPF中，当载体温度达到200℃时，视作氮氧化物与氨气反应效率达到100％。
具体参见图6，图6示出了SCR以及SDPF中的载体温度随车辆启动时间之间的关系曲线。由图6中标注A所示的区域可以看出，将SCR设置在SDPF之前的系统1与将SDPF设置在SCR之前的系统2进行对比，其中系统1中的载体比系统2中的载体更早地达到150℃(约提前100s达到150℃)，则说明在氮氧化物处理单元中将SCR设置在SDPF可以使氮氧化物处理单元更早地进行“NH3与NOx反应”，即可以更早的避免NOx逃逸。
本公开第一方面提供一种降低氮氧化物排放的系统，该系统包括氮氧化物处理单元19；氮氧化物处理单元19包括待处理气体入口、第一氨气发生器3、SCR1、第二氨气发生器4和SDPF2；沿待处理气体的流动方向，待处理气体入口、SCR1和SDPF2依次连通布置，第一氨气发生器3设于SCR1的入口的上游，第二氨气发生器4设于SCR1的出口和SDPF2的入口之间。
本公开提供了一种降低氮氧化物排放的系统及方法，在该系统中将SCR和SDPF依次连通布置，使待处理气体与氨气先进入SCR中进行处理后，然后进入SDPF中进行处理，可以有效提高氮氧化物的转化率，降低氮氧化物排放量。
本公开中，“SCR”是指选择性催化还原装置；“SDPF”是指带有选择性催化还原功能的柴油颗粒捕集器。
本公开中，“第一氨气发生器”和“第二氨气发生器”是指本领域常规选择的能够向氮氧化物处理单元提供氨气的装置，如尿素喷射器或者氨气喷射器，其中尿素喷射装置向氮氧化物处理单元中先喷射尿素，尿素分解产生氨气以向氮氧化物处理单元提供氨气；氨气喷射器可直接向氮氧化物处理单元喷射氨气。
一种实施方式中，SCR 1内设置有第一催化剂，用于催化待处理气体中的氮氧化物与氨气进行反应；第一催化剂包括第一载体；可选地，第一载体包括V2O5；
SDPF 2内设置有第二催化剂，用于催化待处理气体中的氮氧化物与氨气进行反应；第二催化剂包括第二载体；可选地，第二载体包括V2O5。本实施方式中，V2O5对于氨气具有良好的吸附性能，有利于氮氧化物处理。
本公开发明人还发现，参见图6中标注B所示的区域，在氮氧化物处理单元中，在汽车启动后的一段时间内(约800s以内)，车辆在怠速情况下会出现载体温度降低(低于200℃)的情况，但是当车辆启动一端时间后，即使发生怠速情况也不会对载体温度造成影响(例如800s之后，即使发生怠速，载体温度也不会低于200℃，不会降低氮氧化物处理效果)。基于这种研究发现，发明人将氮氧化物处理单元通过可变气门升程技术与发动机的排气门结合起来，可以避免载体温度降低的情况，提高氮氧化物处理效果，进一步降低氮氧化物排放量。
一种实施方式中，该系统还包括发动机单元和可变气门升程单元20；
发动机单元包括发动机23、进气门24、排气门22和排气凸轮轴21，进气门23和排气门22设于发动机24上，排气凸轮轴21与发动机的排气门22连接；可变气门升程单元20设置于排气凸轮轴21上，用于控制发动机23的排气门22的开启和闭合；待处理气体入口与发动机单元的排气门22连通。本公开在排气凸轮轴上设置可变气门升程单元，便于控制发动机排气门的开启和闭合，有利于在低温条件下使氮氧化物处理单元仍能保持较高的氮氧化物处理效率。
一种实施方式中，系统具有排气回收工作状态；在排气回收工作状态，可变气门升程单元20在发动机23的进气进程中，控制发动机23的排气门22持续开启，使经由发动机23的排气门22排出的待处理气体至少部分地被回抽至发动机23的腔室内，并与经由进气门24吸入的空气混合。
一种具体实施方式中，可变气门升程单元20安装于发动机23的排气凸轮轴21上，当在正常工作状态下(即不处于排气回收工作状态时)，可变气门升程单元20在排气进程中控制发动机23的排气门22开启，在进气进程中控制发动机23的排气门22关闭。进一步地，发动机的进气门连接进气凸轮轴，且在该进气凸轮轴上还可以设置另一个可变气门升程单元用于控制发动机进气门的开启和闭合。并且安装于进气凸轮轴和排气凸轮轴上的可变气门升程单元彼此独立，互不关联。
一种实施方式中，该系统还包括：
温度传感器，用于检测发动机23内水温和环境温度并产生温度信号；以及
控制器，分别与可变气门升程单元20和温度传感器信号连接，用接收温度信号并判断系统是否达到切换条件，并且当达到切换条件时，使系统处于排气回收工作状态。本实施方式中，采用温度传感器和控制器，可以根据发动机内的水温或者环境温度来控制系统的工作状态，使得在低温条件下提高氮氧化物处理单元氮氧化物处理效率。
本公开中，温度传感器与控制器为本领域常规选择的装置，例如高温传感器(也被称为排温传感器)、发动机ECU等；其中控制器进行判断和控制的方法也为本领域常规选择的方法。
一种实施方式中，所述切换条件为所述发动机内水温在第一温度阈值以下和/或环境温度在第二温度阈值以下，所述第一温度阈值大于所述第二温度阈值。
一种具体实施方式中，所述第一温度阈值为60℃，所述第二温度阈值为0℃。进一步实施方式中，所述切换条件为发动机内水温为60℃以下；另一种实施方式中，切换条件为环境温度为0℃以下；第三种实施方式中，切换条件为发动机内水温达到60℃以下，且同时环境温度达到0℃以下。换言之，当发动机内水温高于60℃且环境温度高于0℃时，未达到上述的切换条件。本公开发明人发现当发动机内的水温为60℃以下和/或环境温度为0℃以下时，氮氧化物处理单元中SCR或者SDPF中载体的温度会低于200℃，本实施方式以发动机内水温或者环境温度作为切换条件，检测方法更加方便，降低难度。其中，环境温度是指车辆的环境温度传感器(大气温度传感器)检测得到的温度。
一种具体实施方式中，本公开提供的系统切换工作状态的具体过程包括：采用温度传感器检测发动机内水温和环境温度；当发动机内水温大于60℃且环境温度大于0℃时，控制器接收到温度传感器的温度信号，判断系统未达到切换条件，排气凸轮轴21上的可变气门升程单元20控制发动机23的排气门22在排气进程中开启，在进气进程中关闭；当温度传感器检测到发动机内水温为60℃以下、或者检测到环境温度为0℃以下时，控制器接收到温度信号并判断该系统达到切换条件，并控制该系统使其处于排气回收工作状态，具体地，在该排气回收工作状态中，在发动机23的进气进程中，排气凸轮轴21上的可变气门升程单元20控制排气门22在发动机23的进气进程中持续开启，发动机23排出的待处理气体一部分会在进气进程中被回抽至发动机的腔室内，由于发动机经燃烧后产生的待处理气体具有较高的热量，则被回抽的待处理气体在发动机腔室内与经由进气门进入的低温空气发生混合，则空气和待处理气体的混合气体的温度升高，即混合气体的基础温度升高；采用此混合气体在发动机内处理后得到的待处理气体，即发动机排气的温度也升高，进入氮氧化物处理单元的待处理气体的温度有所升高，则氮氧化物处理单元内的载体更容易达到200℃。
本公开中，任意两个装置之间的“连通”可以为直接连通，也在两者之间存在多个中间装置，可以根据本领域技术人员常规选择的连通方式。本公开中，任意两个装置之间的“连接”为本领域技术人员常规选择的连接方式。
一种具体实施方式中，如图2和图3所示，本公开采用的SCR 1包括第一壳体15、反应元件16以及第一催化剂；
其中，反应元件16设于第一壳体15内；壳体上设有第一气体入口和第一气体出口；
反应元件16包括第二壳体17；沿第二壳体17的长度方向，第二壳体17内设有多条贯穿的反应通道18；反应通道18具有气体入口端和气体出口端；气体入口端与第一气体入口连通，气体出口端与第一气体出口连通；第一催化剂设置于反应通道18内。第一催化剂可以以涂层的形式涂覆于反应通道的内壁上。其中，反应通道的基材可以是TiO2-ZrO。
待处理气体与氨气的混合气流经由第一气体入口进入反应通道内，待处理气体流经过程中会与反应通内的第一催化剂接触，第一催化剂中的V2O5用以捕捉和储存NH3，并帮助NH3与NOX反应为无害气体。
本公开中SDPF的结构与SCR相似，包括第三壳体、反应元件以及第二催化剂；其中，反应元件设于第三壳体内；壳体上设有第二气体入口和第二气体出口；反应元件包括第四壳体；沿第四壳体的长度方向，第四壳体内设有多条贯穿的反应通道；反应通道具有气体入口端和气体出口端；气体入口端与第二气体入口连通，气体出口端与第二气体出口连通；第二催化剂设置于反应通道内。第二催化剂可以以涂层的形式涂覆于反应通道的内壁上。其中，反应通道的基材可以是TiO2-ZrO。
一种具体实施方式中，第一氨气发生器3和第二氨气发生器4均为本领域常规选择的装置，例如尿素喷射装置或者氨气喷射装置。
一种实施方式中，如图1所示，该系统还包括前处理装置5，前处理装置5为LNT(lean NOX trap，稀燃NOX捕集技术)或DOC(Diesel Oxidation Catalyst，氧化催化器)；沿待处理气体的流向，前处理装置5设于SCR 1的上游。
本公开中，LNT和DOC为本领域常规选择的装置。
一种具体实施方式中，该系统还包括第一氮氧化物传感器6、第二氮氧化物传感器7和第三氮氧化物传感器8；沿待处理气体流向，第一氮氧化物传感器6设于第一氨气发生器3的上游，优选地，第一氮氧化物传感器6设于前处理装置5与第一氨气发生器3之间且靠近前处理装置5的出口；用于检测进入SCR中待测气体中氮氧化物含量，第一氨气发生器可根据第一氮氧化物传感器检测结果喷射适量的尿素，以提供适量的氨气；
第二氮氧化物传感器7设于第二氨气发生器4和SDPF 2之间，用于检测经由SCR反应后的待处理气体中氮氧化物的量，以使第二氨气发生器可根据第二氮氧化物传感器检测结果喷射适量的尿素，以提供适量的氨气；
沿待处理气体流向，第三氮氧化物传感器8设于SDPF 2出口的下游，用于检测经由SDPF反应后得到的气体中氮氧化物的量。
一种实施方式中，本公开提供的系统还包括压差传感器9，压差传感器9设于SDPF2的气体入口和气体出口之间，用于检测SDPF气体入口和气体出口之间的压差，防止压力过大造成装置损坏。
一种实施方式中，该系统还包括第一高温传感器10、第二高温传感器11和第三高温传感器12；沿待处理气体流向，第一高温传感器10设于前处理装置5的上游，用检测经由待处理气体入口进入氮氧化物处理单元的待处理气体的温度，防止温度过高对氮氧化物处理单元造成损坏；
第二高温传感器11设于第一氮氧化物传感器6与第一氨气发生器3之间，且靠近第一氮氧化物传感器6，用于监测进入SCR的待处理气体的温度，防止温度过高对装置造成损坏；
第三高温传感器12设于SCR的出口和SDPF的入口之间，且靠近SCR的出口，用于检测进入SDPF的待处理气体的温度，防止温度过高对装置造成损坏。
一种实施方式中，该系统还包括第一氧传感器13，待处理气体流向，第一氧传感器13设于前处理装置5的上游，且靠近前处理装置5的入口，用于检测进入氮氧化物处理单元的待处理气体的氧含量。
一种优选实施方式中，在前处理装置5为LNT时，该系统还包括第二氧传感器14；第二氧传感器14设于LNT的下游且靠近LNT的出口，用于检测经过LNT处理后的待处理气体中的氧含量。
本公开第二方面提供一种降低氮氧化物排放的方法，采用本公开第一方面的系统，包括以下步骤：
使来自发动机23的待处理气体经由待处理气体入口进入氮氧化物处理单元19，并使第一氨气发生器3向氮氧化物处理单元19内提供氨气，并与待处理气体形成第一混合气流后进入SCR 1，进行第一氮氧化物催化反应；
使第二氨气发生器4向氮氧化物处理单元19内提供氨气，并与来自SCR 1的反应后的待处理气体形成第二混合气流后进入SDPF 2，进行第二氮氧化物催化反应。
本公开中，氮氧化物处理单元的工作原理为本领域所熟知的原理，具体为：氮氧化物处理单元设置在车辆的排气管内，发动机产生尾气后，尾气根据车辆自身结构会自行进入排气管，然后尾气在流通过程中自行进入氮氧化物处理单元进行后处理。进一步地，随着待处理气体持续不断进入，会使氮氧化物处理单元中的气体处于持续流通状态，例如待处理气体与第一混合气流接触混合后随气流的流通自行进入SCR中进行处理。气流进入SDPF的原理与SCR相同。
本公开中，第一氨气发生器和第二氨气发生器的技术原理也为本领域常规技术原理，例如可以根据车辆的控制系统中预先设定的经验值喷射一定量的氨气；或者更精准地，可以根据氮氧化物处理单元中的氮氧化物传感器检测进入氮氧化物处理单元的待处理气体的氮氧化物含量并产生含量信号，车辆的控制系统根据该含量信号精准地控制氨气发生器提供的氨气的量。
一种实施方式中，该方法还包括：检测发动机内水温以及环境温度，并产生温度信号；
接收温度信号并判断系统是否达到切换条件，并且当达到切换条件时，使系统处于排气回收工作状态；温度信号包括发动机内的水温信号和/或环境温度信号。
一种实施方式中，切换条件为所述发动机内水温在第一温度阈值以下和/或环境温度在第二温度阈值以下，所述第一温度阈值大于所述第二温度阈值。
一种具体实施方式中，切换条件为发动机内水温为60℃以下和/或环境温度为0℃以下。
一种实施方式中，当达到切换条件时，使系统处于排气回收工作状态，包括：
在发动机23内的水温在第一温度阈值以下和/或环境温度在第二温度阈值以下，使可变气门升程单元20在发动机23的进气进程中控制发动机23的排气门22持续开启，使发动机23排出的待处理气体至少部分地被回抽至发动机23内并与经由进气门24吸入的空气混合。
另一种实施方式中，检测发动机内水温以及环境温度，并产生温度信号；
接收温度信号并判断系统是否达到切换条件；当未达到切换条件时，使系统处于正常工作状态；具体包括：在发动机23内的水温在第一温度阈值以上且环境温度在第二温度阈值以上时，使可变气门升程单元20在发动机23的排气进程中控制发动机23的排气门22开启，使可变气门升程单元20在发动机23的进气进程中控制发动机23的排气门22关闭。
一种实施方式中，该方法还包括：使第一混合气流进入SCR 1内与第一催化剂的第一载体接触，进行第一氮氧化物催化反应；
使第二混合气流进入SDPF 2内与第二催化剂的第二载体接触，进行第二氮氧化物催化反应；
其中，第一载体和第二载体各自独立地包括V2O5。
本公开中，第一载体中包括V2O5，V2O5氨气以及氮氧化物具有捕捉吸附性能；当第一混合气流进入SCR的反应通道，第一混合气流中的氨气以及氮氧化物会被V2O5捕捉吸附并发生氮氧化物转化反应，而V2O5对于反应生成的气体例如N2等不具有吸附性，因此生成气体会从第一载体中脱离并随反应通道中的气流继续向前运动。SDPF中第二氮氧化物催化反应的原理与SCR相同。其中第一混合气流或第二混合气流中氨气的量及其控制方法前述内容已经进行说明，在此不再赘述。
一种具体实施方式中，参见图1-图4，本公开提供了一种降低氮氧化物排放的系统，该系统包括：
发动机单元、可变气门升程单元20和氮氧化物处理单元19；
发动机单元包括发动机23、进气门24、排气门22和排气凸轮轴21，进气门24和排气门22设于发动机23上，排气凸轮轴21与发动机23的排气门22连接；可变气门升程单元20设置于车辆发动机的排气凸轮轴21上，用于控制发动机23的排气门22的开启和闭合；
氮氧化物处理单元19包括待处理气体入口、第一氨气发生器3、SCR1、第二氨气发生器4和SDPF 2；待处理气体入口与发动机单元的排气门22连通；且沿待处理气体的流动方向，待处理气体入口、SCR 1和SDPF 2依次连通布置，第一氨气发生器3设于SCR 1入口的上游，第二氨气发生器4设于SCR 1的出口和SDPF 2的入口之间；第一氨气发生器3和第二氨气发生器4均为尿素喷射装置；
其中，SCR 1内设置有第一催化剂，用于催化待处理气体中的氮氧化物与氨气进行反应；第一催化剂包括第一载体；第一载体包括V2O5；
SDPF 2内设置有第二催化剂，用于催化待处理气体中的氮氧化物与氨气进行反应；第二催化剂包括第二载体；第二载体包括V2O5；
具体地，SCR 1包括第一壳体15、反应元件16以及第一催化剂；反应元件16设于第一壳体15内；壳体上设有第一气体入口和第一气体出口；反应元件16包括第二壳体17；沿第二壳体17的长度方向，第二壳体17内设有多条贯穿的反应通道18；反应通道18具有气体入口端和气体出口端；气体入口端与第一气体入口连通，气体出口端与第一气体出口连通；第一催化剂设置于反应通道18内。第一催化剂以涂层的形式涂覆于反应通道的内壁上；反应通道的基材可以是TiO2-ZrO；
具体地，SDPF包括第三壳体、反应元件以及第二催化剂；其中，反应元件设于第三壳体内；壳体上设有第二气体入口和第二气体出口；反应元件包括第四壳体；沿第四壳体的长度方向，第四壳体内设有多条贯穿的反应通道；反应通道具有气体入口端和气体出口端；气体入口端与第二气体入口连通，气体出口端与第二气体出口连通；第二催化剂设置于反应通道内。第二催化剂以涂层的形式涂覆于反应通道的内壁上；反应通道的基材是TiO2-ZrO；
其中，该系统具有排气回收工作状态；在排气回收工作状态，可变气门升程单元20在发动机23的进气进程中，控制发动机23的排气门22持续开启，使经由发动机23的排气门22排出的待处理气体至少部分地被回抽至发动机的腔室内，并与经由进气门24吸入的空气混合；
其中，该系统还包括：
温度传感器，用于检测发动机23内水温和环境温度并产生温度信号；以及
控制器，分别与可变气门升程单元20和温度传感器信号连接，用接收温度信号并判断系统是否达到切换条件，并且当达到切换条件时，使系统处于排气回收工作状态。本实施方式中，采用温度传感器和控制器，可以根据发动机内的水温或者环境温度来控制系统的工作状态，使得在低温条件下提高氮氧化物处理单元氮氧化物处理效率；具体地，切换条件为发动机内水温为60℃以下和/或环境温度为0℃以下；
其中，氮氧化物处理单元19还包括前处理装置5，前处理装置5为DOC；沿待处理气体的流向，前处理装置5设于SCR 1的上游；
其中，氮氧化物处理单元19还包括第一氮氧化物传感器6、第二氮氧化物传感器7和第三氮氧化物传感器8；沿待处理气体流向，第一氮氧化物传感器6设于前处理装置5与第一氨气发生器3之间且靠近前处理装置5的出口；第二氮氧化物传感器7设于第二氨气发生器4和SDPF 2之间；沿待处理气体流向，第三氮氧化物传感器8设于SDPF 2出口的下游；
其中，氮氧化物处理单元19还包括压差传感器9，压差传感器9设于SDPF 2的气体入口和气体出口之间；
其中，氮氧化物处理单元19还包括第一高温传感器10、第二高温传感器11和第三高温传感器12；沿待处理气体流向，第一高温传感器10设于前处理装置5的上游；第二高温传感器11设于第一氮氧化物传感器6与第一氨气发生器3之间，且靠近第一氮氧化物传感器6；第三高温传感器12设于SCR的出口和SDPF的入口之间，且靠近SCR的出口；
氮氧化物处理单元19还包括第一氧传感器13；待处理气体流向，第一氧传感器13设于前处理装置5的上游，且靠近前处理装置5的入口。
采用上述系统进行氮氧化物处理的具体流程包括：
启动车辆，采用温度传感器检测发动机23内水温和环境温度；当温度传感器检测到以下三种情况中的任意一种：(1)发动机内水温为60℃以上，(2)环境温度为0℃以上，(3)发动机内水温为60℃以上且环境温度为0℃以上，控制器接收到温度传感器的温度信号，未达到系统的切换条件，排气凸轮轴21上的可变气门升程单元20控制发动机23的排气门22在排气进程中开启，在进气进程中关闭；当温度传感器检测到以下三种情况中的任意一种：(1)温度传感器检测到发动机内水温为60℃以下，(2)环境温度为0℃以下，(3)温度传感器检测到发动机内水温为60℃以下且环境温度为0℃以下，控制器接收到温度信号并判断该系统达到切换条件，使该系统处于排气回收工作状态，在该排气回收工作状态中，在发动机23的进气进程中，排气凸轮轴上21的可变气门升程单元20控制排气门22在发动机的进气进程中持续开启，发动机排出的待处理气体一部分会在进气进程中被回抽至发动机的腔室内，由于发动机经燃烧后产生的待处理气体具有较高的热量，则被回抽的待处理气体在发动机腔室内与经由进气门24进入的低温空气发生混合，混合气体在发动机内被燃烧；
发动机燃烧生成的待处理气体经由排气门进入氮氧化物处理单元19后，先进入前处理装置5(DOC)进行处理，处理后的待处理气体与第一氨气发生器3(尿素喷射装置)生成的氨气混合后得到第一混合气流，然后进入SCR 1中，SCR 1的第一载体中V2O5捕捉吸附第一混合气流中的氨气，使得氨气与氮氧化物进行反应生成无害气体；经由SCR 1处理后得到的待处理气体与第二氨气发生器4(尿素喷射装置)生成的氨气混合后得到第二混合气流，然后进入SDPF 2中，SDPF 2的第二载体中V2O5捕捉吸附第二混合气流中的氨气，使得氨气与氮氧化物进行反应生成无害气体；经由SDPF 2处理后的待处理气体可以继续引入后续处理装置。
下面将通过实施例和对比例对本公开作进一步说明。本公开并不限于此。
实施例1
参见图1-图4，采用本公开上述具体实施方式提供的系统(SCR设置在SDPF之前，具体为DOC+SCR+SDPF)进行测试，其中，SCR中的反应通道内包含第一催化剂，第一催化剂的载体为V2O5，SDPF中的反应通道内包含第二催化剂，第二催化剂的载体为V2O5。测试条件包括：第一氨气发生器的氨气喷射速率5-100mg/s，第二氨气发生器的氨气喷射速率5-100mg/s(由车辆控制系统控制氨气喷射速率)，氮氧化物排放量与时间的关系曲线如图5所示，其中氮氧化物累计排放量为6mg/km(排放量实际测量值)。
对比例1
与实施例1的区别在于：调换SDPF和SCR的位置顺序，具体为DOC+SDPF+SCR，其余装置与实施例1相同，且测试条件相同。氮氧化物排放量与时间的关系曲线如图5所示。氮氧化物累计排放量为10mg/km。
对比例2
与实施例1的区别在于：不使用SCR和第一氨气发生器，具体为采用DOC+SDPF系统，仅使用第二氨气发生器，其余测试条件与实施例1相同。氮氧化物排放量与时间的关系曲线如图5所示。氮氧化物累计排放量为33mg/km。
根据实施例与对比例中氮氧化物累计排放量数据可知，采用本公开提供的系统氮氧化物排放量更低，具有更好的氮氧化物处理效果。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。
Claims (10)
1.一种降低氮氧化物排放的系统，其特征在于，该系统包括氮氧化物处理单元(19)；
所述氮氧化物处理单元(19)包括待处理气体入口、第一氨气发生器(3)、SCR(1)、第二氨气发生器(4)和SDPF(2)；沿待处理气体的流动方向，所述待处理气体入口、所述SCR(1)和所述SDPF(2)依次连通布置，所述第一氨气发生器(3)设于所述SCR(1)的入口的上游，所述第二氨气发生器(4)设于所述SCR(1)的出口和所述SDPF(2)的入口之间。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该系统还包括发动机单元和可变气门升程单元(20)；
所述发动机单元包括发动机(23)、进气门(24)、排气门(22)和排气凸轮轴(21)，所述进气门(24)和所述排气门(22)设于所述发动机(23)上，所述排气凸轮轴(21)与所述发动机的排气门(22)连接；所述可变气门升程单元(20)设置于所述排气凸轮轴(21)上，用于控制所述发动机(23)的排气门(22)的开启和闭合；所述待处理气体入口与所述发动机单元的排气门(22)连通。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述系统具有排气回收工作状态；在所述排气回收工作状态，所述可变气门升程单元(20)在所述发动机(23)的进气进程中，控制所述发动机(23)的排气门(22)持续开启，使经由所述发动机(23)的排气门(22)排出的待处理气体至少部分地被回抽至发动机(23)的腔室内，并与经由所述进气门(24)吸入的空气混合。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，该系统还包括：
温度传感器，用于检测所述发动机(23)内水温和环境温度并产生温度信号；以及
控制器，分别与所述可变气门升程单元(20)和所述温度传感器信号连接，用接收所述温度信号并判断所述系统是否达到切换条件，并且当达到所述切换条件时，使所述系统处于所述排气回收工作状态。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述切换条件为所述发动机内水温在第一温度阈值以下和/或环境温度在第二温度阈值以下，所述第一温度阈值大于所述第二温度阈值。
6.一种降低氮氧化物排放的方法，其特征在于，采用权利要求1-5中任意一项所述的系统，包括以下步骤：
使来自发动机(23)的待处理气体经由待处理气体入口进入所述氮氧化物处理单元(19)，并使所述第一氨气发生器(3)向所述氮氧化物处理单元内提供氨气，并与所述待处理气体形成第一混合气流后进入所述SCR(1)，进行第一氮氧化物催化反应；
使所述第二氨气发生器(4)向所述氮氧化物处理单元(19)内提供氨气，并与来自所述SCR(1)的反应后的待处理气体形成第二混合气流后进入所述SDPF(2)，进行第二氮氧化物催化反应。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，该方法还包括：检测所述发动机内水温以及环境温度，并产生温度信号；
接收所述温度信号并判断所述系统是否达到切换条件，并且当达到所述切换条件时，使所述系统处于排气回收工作状态；所述温度信号包括发动机内的水温信号和/或环境温度信号。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述切换条件为所述发动机内水温在第一温度阈值以下和/或环境温度在第二温度阈值以下，所述第一温度阈值大于所述第二温度阈值。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述的当达到所述切换条件时，使所述系统处于排气回收工作状态，包括：
在所述发动机(23)内的水温在第一温度阈值以下和/或环境温度在第二温度阈值以下时，使可变气门升程单元(20)在所述发动机(23)的进气进程中控制所述发动机(23)的排气门(22)持续开启，使所述发动机(23)排出的待处理气体至少部分地被回抽至发动机(23)内并与经由进气门(24)吸入的空气混合。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，该方法还包括：
使所述第一混合气流进入所述SCR(1)内与第一催化剂的第一载体接触，进行所述第一氮氧化物催化反应；
使所述第二混合气流进入所述SDPF(2)内与第二催化剂的第二载体接触，进行所述第二氮氧化物催化反应；
其中，所述第一载体和所述第二载体各自独立地包括V2O5。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20220624 |